CN115728766B - 两级智能双星sar系统与海面舰船目标跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法，测量方法包括以下步骤：SAR双星以初始模式进行大幅宽搜索，收集多个海面舰船目标信息；将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，得到任一舰船目标的切片；根据任一舰船目标的切片，进行模式智能重构，得到舰船目标跟踪的雷达跟踪模式参数；根据雷达跟踪模式参数，启动舰船目标跟踪模式。本发明，能实现大幅宽海面目标探测与长时间跟踪等多模式智能重构，具有大范围搜索、高分辨率成像、长时间跟踪等多模式自主重构优势，降低对地面测控站的指令控制依赖，探测效率高、信息时效性高，缩短了海面舰船目标信息的获取时间。

Description

两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法

技术领域

本发明涉及舰船检测跟踪技术领域，具体涉及一种两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法。

背景技术

长期以来，大范围海面舰船目标搜索与跟踪一直是科学研究热点。由于受海上云雨雾等天气影响，光学传感器难以发挥其高分辨率成像与识别优势。星载合成孔径雷达(SAR)系统能够穿云透雾，具备全天时、全天候对海探测能力，能实现大范围海面目标成像探测，但现有星载SAR系统严重依赖地面测控站上注的工作指令，无法根据海面目标分布情况自主生成工作模式，实现海面目标跟踪。

近年来，分布式卫星平台的协同能力逐步提高，特别是双星编队的协同能力，包括双星系统的时间同步精度能达到纳秒级，频率同步精度能达到几赫兹量级，空间指向同步精度能达到0.01°，满足双星SAR系统的相参处理要求，为双星SAR系统的高性能智能探测奠定了技术基础。

随着星上在轨处理技术的飞速发展，星载SAR成像、目标检测与识别等均已实现在轨验证，SAR信息的在轨智能处理大幅提高了星载SAR信息的时效性。但目前为止，星载SAR系统尚难以实现工作模式的在轨智能重构，特别是针对大幅宽搜索成像与长时间跟踪等多模式的在轨智能重构更难以实现。

为了提升我国星载SAR系统对海探测的智能自主化，亟待探索新型星载SAR系统技术，使其具备信息智能处理与模式智能重构能力，以实现星载SAR系统的智能自主化，降低对地面测控站的指令控制依赖。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的为提供一种两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法，实现星载SAR系统的智能自主化，降低对地面测控站的指令控制依赖。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种两级智能双星SAR系统的海面舰船目标跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1、SAR双星以初始模式进行大幅宽搜索，收集多个海面舰船目标信息；

步骤S2、将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，得到任一舰船目标的切片；

步骤S3、根据任一舰船目标的切片，进行模式智能重构，得到舰船目标跟踪的雷达跟踪模式参数；

步骤S4、根据雷达跟踪模式参数，启动舰船目标跟踪模式。

根据本发明的一个技术方案，在所述步骤S2中，将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，具体包括：

步骤S201、将SAR接收机输出的M×N路回波信号进行并行数字波束形成处理，获得P路高增益回波信号；

步骤S202、以双星星间链路的时间同步脉冲为时间基准，将P路高增益回波信号r_p(t)转换为P个矩阵回波数据R_p(τ,t)；

步骤S203、利用距离多普勒成像方法对P个矩阵回波数据R_p(τ,t)进行双站SAR成像，获得P幅SAR图像I_p(x,y)；

步骤S204、利用恒虚警概率检测方法对P幅SAR图像I_p(x,y)进行舰船目标检测，获得Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q),q＝1,2,...,Q，x_q、y_q分别为第q个舰船目标在地距平面的方位向空间采样单元序号与距离向空间采样单元序号。

根据本发明的一个技术方案，在所述步骤S2中，还包括：

步骤S205、利用深度学习方法对Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)进行目标识别，获得舰船目标的类型，提取第q个舰船的长度为L_q、宽度为W_q。

根据本发明的一个技术方案，在所述步骤S201中，具体包括：

M×N路回波信号为s_m,n(t),m＝1,2,...,M；n＝1,2,...,N，记经过DBF处理后的P路高增益回波信号为r_p(t),p＝1,2,...,P，则其中，w_p,m,n为第p个DBF处理对应的复数加权值，t为距离向的快时时刻，t为回波信号采样周期T_s的整数倍。

根据本发明的一个技术方案，在所述步骤S3中，具体包括：

步骤S301、根据舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)确定目标位置信息(x_q,y_q,0)，结合从卫星位置信息(0,y_s2,z_s2)，对发射天线方向图进行在轨智能赋形，使发射天线的波束中心对准目标位置区域，/>其中，发射天线波束中心的入射角为发射天线波束中心的方位角为/>

步骤S302、根据目标位置信息(x_q,y_q,0)结合主卫星位置信息(0,y_s1,z_s1)，对全数字阵列天线DBF处理的复数权值w′_q,m,n进行优化，使接收天线的波束中心对准目标位置区域，max{F_b(α,β)}＝F_b(α_q,β_q)，其中，接收天线DBF处理后波束中心的入射角为接收天线DBF处理后波束中心的方位角为β_q＝(180°-atan(x_q/|y_s1-y_q|))；

步骤S303、根据第q个目标长度L_q、宽度W_q、卫星飞行速度V_s等输入信息，对SAR信号带宽B_w进行分配，B_w＝4c/(W_q·sin(θ_q))，c为真空环境下的光速；对脉冲重复频率f_PRF进行分配，f_PRF＝γ_a·W_q·V_s/(2L² _a)，其中，V_s为卫星飞行速度，γ_a为方位向过采样率，且γ_a∈[1.2,1.5]；对SAR信号时宽t_p进行分配，t_p＝t₀·(cos(θ₀)/cos(θ_q))⁴，其中，t₀为信号时宽起始参考值，t₀取20～30微秒，θ₀为入射角参考值，θ₀取15°～18°；对扫频方向α_s进行分配，当SAR工作在大幅宽搜索模式时，有α_s＝+1，SAR工作在跟踪模式时，有α_s＝-1；

步骤S304、根据智能赋形后的发射天线波束指向接收天线波束指向F_b(α_q,β_q)，以及动态分配后的SAR信号带宽B_w、时宽t_p、扫频方向α_s、脉冲重复频率f_PRF。

根据本发明的一个技术方案，还包括：

步骤S5、当跟踪时间等于波束驻留时间，确认完成一次跟踪，再次执行步骤S1。

根据本发明的一个方面，提供了一种两级智能双星SAR系统，包括两颗前后跟飞的主卫星与从卫星，位于前方的从卫星用于SAR信号智能发射，位于后方的主卫星用于SAR回波信号接收、信息智能处理与模式智能重构。

根据本发明的一个技术方案，所述信息智能处理至少包括数字波束形成处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别；

所述模式智能重构至少包括天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。

根据本发明的一个技术方案，所述从卫星配置有第一星间链路、SAR发射机、模拟相控阵天线，

所述第一星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

所述SAR发射机用于产生带宽B_w可变、时宽t_p可变、扫频方向α_s可变、脉冲重复频率f_PRF可变的SAR信号；

所述模拟相控阵天线用于通过波束赋形重构天线方向图。

根据本发明的一个技术方案，所述主卫星配置有第二星间链路、SAR接收机、全数字阵列天线、信息智能处理单元与模式重构处理单元，

所述第二星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

所述SAR接收机具备M×N个数字接收通道，输出M×N路基带回波信号；

所述全数字阵列天线设置有M×N个天线辐射单元，极化方式为水平极化，任一天线辐射单元的波束宽度大于90°×90°；

所述信息智能处理单元用于数字波束形成处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别，输出海面目标的数量、类型与位置坐标；

所述模式重构处理单元用于天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。

根据本发明的构思，提出一种两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法，利用双星收发分置式SAR系统体制，双星通过星间链路实现收发分置式SAR系统时频同步与模式信息传输，利用信息在轨智能处理与模式在轨智能重构技术，使双星SAR系统具备模式在轨自主形成与配置能力，能够实现大幅宽海面目标探测与长时间跟踪等多模式智能重构，具有大范围搜索、高分辨率成像、长时间跟踪等多模式自主重构优势，降低对地面测控站的指令控制依赖，探测效率高、信息时效性高，缩短了海面舰船目标信息的获取时间。

附图说明

图1示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的海面舰船目标跟踪方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的工作流程图；

图3示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的组成示意图；

图4示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的搜索与跟踪多模式探测场景图；

图5示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的智能处理流程图；

图6示意性表示根据本发明一种实施方式的两级智能双星SAR系统的模式智能重构处理流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1至图6所示，本发明的一种两级智能双星SAR系统的海面舰船目标跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1、SAR双星以初始模式进行大幅宽搜索，收集多个海面舰船目标信息；

步骤S2、将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，得到任一舰船目标的切片；

步骤S3、根据任一舰船目标的切片，进行模式智能重构，得到舰船目标跟踪的雷达跟踪模式参数；

步骤S4、根据雷达跟踪模式参数，启动舰船目标跟踪模式。

在该实施例中，采用双星收发分置式SAR系统体制，双星通过星间链路实现收发分置式SAR系统时频同步与模式信息传输，利用信息在轨智能处理与模式在轨智能重构技术，使双星SAR系统具备模式在轨自主形成与配置能力，能实现大幅宽海面目标探测与长时间跟踪等多模式智能重构，降低对地面测控站的指令控制依赖，具备探测效率高、信息时效性高等优势，缩短了海面舰船目标信息的获取时间。

在本发明的一个实施例中，优选地，在步骤S2中，将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，具体包括：

步骤S201、将SAR接收机输出的M×N路回波信号进行并行数字波束形成处理，形成P个窄波束，即获得P路高增益回波信号；

步骤S202、以双星星间链路的时间同步脉冲为时间基准，将P个一维回波信号转换成P个二维回波信号，将P路高增益回波信号r_p(t)转换为P个矩阵回波数据R_p(τ,t)；

步骤S203、利用距离多普勒成像方法对P个矩阵回波数据R_p(τ,t)进行双站SAR成像，获得P幅SAR图像I_p(x,y)，x_q、y_q分别为第q个舰船目标在地距平面的方位向空间采样单元序号与距离向空间采样单元序号；

步骤S204、利用恒虚警概率检测(CFAR)方法对P幅SAR图像I_p(x,y)进行舰船目标检测，获得Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q),q＝1,2,...,Q。

在本发明的一个实施例中，优选地，在步骤S2中，还包括：

步骤S205、利用深度学习方法对Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)进行目标识别，获得舰船目标的类型，提取第q个舰船的长度为L_q、宽度为W_q。

在本发明的一个实施例中，优选地，在步骤S201中，具体包括：

M×N路回波信号为s_m,n(t),m＝1,2,...,M；n＝1,2,...,N，记经过DBF处理后的P路高增益回波信号为r_p(t),p＝1,2,...,P，则其中，w_p,m,n为第p个DBF处理对应的复数加权值，t为距离向的快时时刻，是回波信号采样周期T_s的整数倍。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，优选地，双星SAR系统信息智能处理流程包括：DBF处理201，用于对M×N路回波信号进行DBF处理，形成P个窄波束，即获得P路高增益回波信号；时序恢复202，用于将P个一维回波信号转换成P个二维回波信号；双站SAR成像203，用于对P个二维回波信号进行双站SAR成像，获得P幅SAR图像；目标检测204，用于对P幅SAR图像进行恒虚警概率检测(CFAR)，获得Q个舰船目标的切片；目标识别205，用于对Q个舰船目标进行识别分类，提取舰船目标的长度与宽度参数。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，优选地，两级智能双星SAR系统的海面舰船目标跟踪方法中的智能重构处理流程包括：条件输入端101，用于收集海面舰船目标信息、卫星平台信息等作为双星SAR系统模式重构的输入条件；天线波束参数计算102，用于计算收发天线波束指向，为天线波束在轨智能赋形提供优化目标；天线波束在轨智能赋形103，用于对收发天线的波束形状进行优化；SAR资源动态分配104，用于对SAR信号的带宽、时宽、扫频方向、脉冲重复频率等进行动态分配与调整；SAR模式形成与配置105，用于对双星SAR系统的收发模式与时序进行配置，实现双星SAR信号的收发，实现海面重点目标跟踪。

在本发明的一个实施例中，优选地，在步骤S3中，具体包括：

在天线波束在轨智能赋形过程中，包括步骤S301和步骤S302，其中，步骤S301、根据舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)确定目标位置信息(x_q,y_q,0)，结合从卫星位置信息(0,y_s2,z_s2)，对发射天线方向图进行在轨智能赋形，使发射天线的波束中心对准目标位置区域，/>其中，发射天线波束中心的入射角为/>发射天线波束中心的方位角为/>

步骤S302、根据目标位置信息(x_q,y_q,0)结合主卫星位置信息(0,y_s1,z_s1)，对全数字阵列天线DBF处理的复数权值w′_q,m,n进行优化，使接收天线的波束中心对准目标位置区域，max{F_b(α,β)}＝F_b(α_q,β_q)，其中，接收天线DBF处理后波束中心的入射角为接收天线DBF处理后波束中心的方位角为β_q＝(180°-atan(x_q/|y_s1-y_q|))；

在SAR资源动态分配过程中，包括步骤S303，根据第q个目标长度L_q、宽度W_q、卫星飞行速度V_s等输入信息，对SAR信号带宽B_w进行分配，即B_w＝4c/(W_q·sin(θ_q))，c为真空环境下的光速；对脉冲重复频率f_PRF进行分配，即其中，V_s为卫星飞行速度，γ_a为方位向过采样率，且γ_a∈[1.2,1.5]；对SAR信号时宽t_p进行分配，即t_p＝t₀·(cos(θ₀)/cos(θ_q))⁴，其中，t₀为信号时宽起始参考值，且t₀一般取20～30微秒，θ₀为入射角参考值，且θ₀一般取15°～18°；对扫频方向α_s进行分配，即当SAR工作在大幅宽搜索模式时，有α_s＝+1，当SAR工作在跟踪模式时，有α_s＝-1；

在SAR模式形成与配置过程中，包括步骤S304，根据智能赋形后的发射天线波束指向接收天线波束指向F_b(α_q,β_q)，以及动态分配后的SAR信号带宽B_w、时宽t_p、扫频方向α_s、脉冲重复频率f_PRF，主卫星将各个参数通过第二星间链路传给从卫星的第一星间链路，模拟相控阵天线配置发射组件的幅相控制字使发射天线波束指向第q个目标区域，SAR发射机产生相应参数信号与发射时序，全数字阵列天线通过DBF处理使接收天线波束指向第q个目标区域。

在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：

步骤S5、当跟踪时间等于波束驻留时间，确认完成一次跟踪，再次执行步骤S1。

在该实施例中，双星SAR系统以初始模式进行大幅宽搜索，经过信息只能处理与模式智能重构后，获得用于舰船目标跟踪的雷达跟踪模式参数，双星SAR系统根据雷达跟踪模式参数，启动舰船目标跟踪模式，当跟踪时间等于波束驻留时间，确认完成一次跟踪，关闭跟踪模式，进入大幅宽搜索模式，依次循环上述过程，对下一个舰船目标进行检测跟踪。

根据本发明的一个方面，提供了一种两级智能双星SAR系统，包括两颗前后跟飞的主卫星与从卫星，两星间距保持在10km至30km范围，位于前方的从卫星用于SAR信号智能发射，位于后方的主卫星用于SAR回波信号接收、信息智能处理与模式智能重构。

在该实施例中，两级智能双星SAR系统包括两颗前后跟飞的主卫星与从卫星，位于前方的从卫星用于SAR信号智能发射，位于后方的主卫星用于SAR回波信号接收、信息智能处理与模式智能重构。信息智能处理主要包括智能数字波束形成(DBF)、时频同步补偿、双站SAR成像、舰船目标智能检测与识别，快速获得舰船目标类型与位置。模式智能重构主要包括发射波束数量、波束形状、平均功率、信号带宽与发射时序等动态自主分配，使双星SAR既能对新区域进行搜索探测，又能对已发现的重要舰船类型进行跟踪。相比于传统星载SAR，该两级智能双星SAR系统具有大范围搜索、高分辨率成像、长时间跟踪等多模式自主重构优势，减轻了对地面测控站的工作指令依赖。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，智能双星SAR系统工作流程，包括：

模式智能重构10，用于在轨快速生成双星SAR系统工作模式，主要包括发射天线波束赋形、接收天线波束赋形、信号带宽分配、信号时宽分配、扫频方向调整、系统脉冲重复频率调整等，使双星SAR既能对新区域进行搜索探测，又能对已发现的重要舰船区域进行跟踪；

信息智能处理20，用于快速获得舰船目标类型与位置，主要包括智能DBF、时频同步补偿、双站SAR成像、舰船目标智能检测与识别；

SAR载荷模式配置30，用于对双星SAR工作模式进行配置，实现SAR信号发射与回波信号接收。

将初始模式搜索到的舰船目标进行信息智能处理，得到舰船目标信息，根据上述舰船目标信息完成模式智能重构，得到SAR载荷模式参数，依照上述SAR载荷模式参数对SAR载荷模式配置，完成对舰船目标的实时跟踪。

在本发明的一个实施例中，优选地，信息智能处理至少包括数字波束形成(DBF)处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别；

模式智能重构至少包括天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，优选地，从卫星配置有第一星间链路、SAR发射机、模拟相控阵天线，

第一星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

SAR发射机用于产生带宽B_w可变、时宽t_p可变、扫频方向α_s可变、脉冲重复频率f_PRF可变的SAR信号；

模拟相控阵天线用于通过波束赋形重构天线方向图。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，优选地，主卫星配置有第二星间链路、SAR接收机、全数字阵列天线、信息智能处理单元与模式重构处理单元，

第二星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

SAR接收机具备M×N个数字接收通道，输出M×N路基带回波信号；

全数字阵列天线设置有M×N个天线辐射单元，极化方式为水平极化，任一天线辐射单元的波束宽度大于90°×90°；

信息智能处理单元用于数字波束形成(DBF)处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别，输出海面目标的数量、类型与位置坐标；

模式重构处理单元用于天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。

如图3和图4所示，从卫星装配第一星间链路、SAR发射机、模拟相控阵天线，第一星间链路实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz，SAR发射机能产生带宽B_w可变、时宽t_p可变、扫频方向α_s可变、脉冲重复频率f_PRF可变的SAR信号，模拟相控阵天线的长度为L_a，宽度为W_a，极化方式为水平极化，天线长度方向为卫星飞行方向，模拟相控阵天线能通过波束赋形重构天线方向图，满足大范围搜索需要的宽波束、目标跟踪需要的窄波束等要求，模拟相控阵天线的波束切换时间小于1微秒；

主卫星装配第二星间链路、SAR接收机、全数字阵列天线、信息智能处理单元与模式重构处理单元，SAR接收机具备M×N个数字接收通道，输出M×N路基带回波信号，全数字阵列天线具备M×N个天线辐射单元，极化方式为水平极化，每个天线辐射单元的波束宽度大于90°×90°，信息智能处理单元具备数字波束形成(DBF)、SAR成像、目标检测与识别等处理能力，输出海面目标的数量、类型与位置坐标，模式重构处理单元具备SAR模式重构能力，根据海面目标的坐标位置、卫星位置等信息，在轨重构SAR收发天线方向图、信号带宽、信号时宽、脉冲重复周期等工作参数；

从卫星的模拟相控阵天线产生发射波束1、主卫星的全数字阵列天线产生DBF接收波束1，实现大幅宽搜索模式探测，该搜索模式为双星SAR系统的起始默认模式；从卫星的模拟相控阵天线产生发射波束2、主卫星的全数字阵列天线产生DBF接收波束2，实现重点目标跟踪模式探测，该跟踪模式为双星SAR系统的在轨智能重构模式。

综上，本发明提出了一种两级智能双星SAR系统与海面舰船目标跟踪方法，利用双星收发分置式SAR系统体制，双星通过星间链路实现收发分置式SAR系统时频同步与模式信息传输，利用信息在轨智能处理与模式在轨智能重构技术，使双星SAR系统具备模式在轨自主形成与配置能力，能实现大幅宽海面目标探测与长时间跟踪等多模式智能重构，降低对地面测控站的指令控制依赖，具备大幅宽海面舰船目标搜索成像与长时间跟踪探测等多模式智能自主重构优势，减轻了地面测控站的控制负担，具备探测效率高、信息时效性高等优势，缩短了海面舰船目标信息的获取时间。

此外，需要说明的是，本发明可提供为方法及系统或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (9)

1.一种两级智能双星SAR系统的海面舰船目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、SAR双星以初始模式进行大幅宽搜索，收集多个海面舰船目标信息；

步骤S2、将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，得到任一舰船目标的切片；

步骤S3、根据任一舰船目标的切片，进行模式智能重构，得到舰船目标跟踪的雷达跟踪模式参数；

步骤S4、根据雷达跟踪模式参数，启动舰船目标跟踪模式；

在所述步骤S3中，具体包括：

步骤S301、根据舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)确定目标位置信息(x_q,y_q,0)，结合从卫星位置信息(0,y_s2,z_s2)，对发射天线方向图进行在轨智能赋形，使发射天线的波束中心对准目标位置区域，/>其中，发射天线波束中心的入射角为发射天线波束中心的方位角为/>

步骤S302、根据目标位置信息(x_q,y_q,0)结合主卫星位置信息(0,y_s1,z_s1)，对全数字阵列天线DBF处理的复数权值w′_q,m,n进行优化，使接收天线的波束中心对准目标位置区域，max{F_b(α,β)}＝F_b(α_q,β_q)，其中，接收天线DBF处理后波束中心的入射角为接收天线DBF处理后波束中心的方位角为β_q＝(180°-arctan(x_q/|y_s1-y_q|))；

步骤S303、根据第q个目标长度L_q、宽度W_q、卫星飞行速度V_s输入信息，对SAR信号带宽B_w进行分配，B_w＝4c/(W_q·sin(θ_q))，c为真空环境下的光速；对脉冲重复频率f_PRF进行分配，其中，V_s为卫星飞行速度，γ_a为方位向过采样率，且γ_a∈[1.2,1.5]；对SAR信号时宽t_p进行分配，t_p＝t₀·(cos(θ₀)/cos(θ_q))⁴，其中，t₀为信号时宽起始参考值，t₀取20～30微秒，θ₀为入射角参考值，θ₀取15°～18°；对扫频方向α_s进行分配，当SAR工作在大幅宽搜索模式时，有α_s＝+1，SAR工作在跟踪模式时，有α_s＝-1；

步骤S304、根据智能赋形后的发射天线波束指向接收天线波束指向F_b(α_q,β_q)，以及动态分配后的SAR信号带宽B_w、时宽t_p、扫频方向α_s、脉冲重复频率f_PRF。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将初始模式搜索到的多个海面舰船目标信息进行智能处理，具体包括：

步骤S201、将SAR接收机输出的M×N路回波信号进行并行数字波束形成处理，获得P路高增益回波信号；

步骤S202、以双星星间链路的时间同步脉冲为时间基准，将P路高增益回波信号r_p(t)转换为P个矩阵回波数据R_p(τ,t)；

步骤S203、利用距离多普勒成像方法对P个矩阵回波数据R_p(τ,t)进行双站SAR成像，获得P幅SAR图像I_p(x,y)；

步骤S204、利用恒虚警概率检测方法对P幅SAR图像I_p(x,y)进行舰船目标检测，获得Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q),q＝1,2,...,Q，x_q、y_q分别为第q个舰船目标在地距平面的方位向空间采样单元序号和距离向空间采样单元序号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，还包括：

步骤S205、利用深度学习方法对Q个舰船目标的切片J_q(x_q,y_q)进行目标识别，获得舰船目标的类型，提取第q个舰船的长度为L_q、宽度为W_q。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述步骤S201中，具体包括：

M×N路回波信号为s_m,n(t),m＝1,2,...,M；n＝1,2,...,N，经过DBF处理后的P路高增益回波信号为r_p(t),p＝1,2,...,P，计算公式为其中，w_p,m,n为第p个DBF处理对应的复数加权值，t为距离向的快时时刻，t为回波信号采样周期T_s的整数倍。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

步骤S5、当跟踪时间等于波束驻留时间，确认完成一次跟踪，再次执行步骤S1。

6.一种实现如权利要求1至5中任一项所述的海面舰船目标跟踪方法的两级智能双星SAR系统，其特征在于，包括两颗前后跟飞的主卫星与从卫星，位于前方的从卫星用于SAR信号智能发射，位于后方的主卫星用于SAR回波信号接收、信息智能处理与模式智能重构。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信息智能处理至少包括数字波束形成处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别；

所述模式智能重构至少包括天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述从卫星配置有第一星间链路、SAR发射机、模拟相控阵天线，

所述第一星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

所述SAR发射机用于产生带宽B_w可变、时宽t_p可变、扫频方向α_s可变、脉冲重复频率f_PRF可变的SAR信号；

所述模拟相控阵天线用于通过波束赋形重构天线方向图。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主卫星配置有第二星间链路、SAR接收机、全数字阵列天线、信息智能处理单元与模式重构处理单元，

所述第二星间链路用于实现双星信息交互与时频同步，双星信息交互的数据率小于1Mbps，时间同步误差小于3ns，频率同步误差小于100Hz；

所述SAR接收机具备M×N个数字接收通道，输出M×N路基带回波信号；

所述全数字阵列天线设置有M×N个天线辐射单元，极化方式为水平极化，任一天线辐射单元的波束宽度大于90°×90°；

所述信息智能处理单元用于数字波束形成处理、时序恢复、双站SAR成像、目标检测和识别，输出海面目标的数量、类型与位置坐标；

所述模式重构处理单元用于天线波束在轨智能赋形、SAR资源动态分配、SAR模式形成与配置。